El maquinado de alta velocidad (HSM) no solo ha dado lugar a un diferencias significativas entre máquinas herramienta; también ha dado a conocer el husillo de alta velocidad; quizás el componente más importante, incluso central, de las máquinas herramienta de alta velocidad y un factor clave para el éxito de este tipo de maquinado.

La tarea principal de la ingeniería en husillos de alto nivel técnico es la operación de los mismos a altas velocidades de rotación, obteniendo el equilibrio óptimo entre la velocidad y el torque proporcionados. El desempeño del husillo depende de diversos factores. Uno de los factores principales se relaciona con el concepto de diseño de un sistema de rodamientos de motor simple o doble, componentes de sello y el método de sujeción de la herramienta.

Durante el maquinado, el husillo no está en contacto directo con la pieza de trabajo; más bien, interactúa con ella a través de otro sistema tecnológico: la herramienta de corte. Esta conexión actúa como un impulsor y deberá transformar las grandes capacidades de un husillo de alta velocidad en mejores resultados de maquinado. Hay otro elemento que se encuentra entre la herramienta de corte y el husillo: el portaherramientas sujetado al husillo. Un bajo rendimiento de este pequeño conjunto, la herramienta de corte y el portaherramientas, puede reducir la función del husillo a cero. Por tanto, el Maquinado de Alta Velocidad incrementa los requisitos de precisión, confiabilidad y seguridad del ensamble de la extensión del husillo.

La rotación de alta velocidad genera fuerzas centrífugas. En el Maquinado de Alta Velocidad, a comparación con los métodos de maquinado tradicionales, estas fuerzas crecen exponencialmente y se convierten en una carga significativa sobre la herramienta de corte, determinando la durabilidad de la misma. En operaciones de fresado con herramienta intercambiable, las elevadas fuerzas centrífugas pueden romper los tornillos de sujeción de los insertos, aflojar los insertos y hacer fallar el cuerpo del cortador. Los fragmentos resultantes no solo pueden dañar la máquina y la pieza maquinada, sino también pueden ser muy peligrosos para el operador.

Bajo estas condiciones, los fabricantes de herramientas de corte deben considerar el diseño y los medios tecnológicos necesarios para garantizar la confiabilidad de sus productos. Así, para los cortadores para fresado de insertos intercambiables se deberá considerar la sujeción segura del inserto y una estructura robusta del cuerpo de la herramienta. Comenzamos por un tornillo de sujeción, el elemento más pequeño y débil de todo un sistema tecnológico, con un gran impacto sobre la confiabilidad del mismo sistema. Lo mismo puede decirse del tornillo de sujeción para los cortadores de fresado a alta velocidad. El uso de llaves dinamométricas controla el apriete del tornillo de sujeción. (Fig. 1). Sin embargo, no es suficiente asegurar el par de torsión correcto para operar el cortador de manera confiable. El diseño inteligente está dirigido a minimizar la carga dinámica sobre el tornillo de sujeción.

Los cortadores para fresado HSM90S FAL-22 de ISCAR se diseñaron para el fresado eficiente de aluminio a altas tasas de velocidad. Utilizan insertos de gran tamaño que permiten una profundidad de corte de hasta 22 mm (0.866"). El alojamiento para insertos en el cortador cuenta con un reborde en la superficie inferior del asiento, que corresponde a la ranura de la superficie inferior del inserto durante su ensamble. (Fig. 2). Esto elimina el desplazamiento radial del inserto debido a las fuertes fuerzas centrífugas en el fresado de alta velocidad y mejora la distribución de cargas sobre el tornillo de sujeción del inserto. El diseño del cortador facilita el fresado confiable en un rango de velocidad de rotación de hasta 31,000 rpm.

Para reducir las fuerzas centrífugas, el cuerpo de los cortadores debe ser axialmente simétrico y balancearse con precisión. Existen estándares y normas nacionales e internacionales que especifican los grados de balanceo para esta herramienta. Al diseñar herramientas de fresado intercambiables destinadas al Maquinado de Alta Velocidad, es muy importante asegurar que la distribución de masa del cuerpo de la herramienta sea simétrica con el eje del cuerpo. Este balanceo teórico se relaciona con un objeto virtual, y no puede reemplazar el balanceo físico del cuerpo, cuando éste resulte necesario; puede, sin embrago disminuir sustancialmente el desequilibrio de masas de productos futuros, haciendo mucho más fácil el balanceo "físico".

Todo ingeniero de diseño de herramientas ambiciona crear un cuerpo de cortador intercambiable, y en particular, una superficie de alojamiento de insertos lo más dura posible, para aumentar la resistencia al desgaste. Sin embargo, cuanto mayor sea la dureza, más rápido se dañará el cuerpo de una herramienta en rápida rotación. Por tanto, encontrar un equilibrio óptimo entre resistencia y desgaste es otra tarea importante en la búsqueda de soluciones efectivas en herramientas para Maquinado de Alta Velocidad.

Las herramientas sólidas ofrecen mayor precisión y mejor simetría axial, en comparación con los cortadores intercambiables. Por lo general, las herramientas sólidas tienen un menor diámetro y requieren mayores RPMs, incluso para la misma velocidad de corte. Es por ello que la mayoría de las herramientas para Maquinado de Alta Velocidad son sólidas.

Normalmente, estas herramientas se fabrican de carburos cementados recubiertos, aunque últimamente la cerámica como material de herramienta se ha popularizado para el maquinado a alta velocidad de superaleaciones termorresistentes. Sin embargo, la selección de una herramienta sólida, especialmente de cortadores para fresado tipo HSM, puede resultar difícil.

Normalmente, la relación entre voladizo y diámetro de los cortadores verticales de carburo sólido (SCEM, por sus siglas en inglés) es mayor que la de las herramientas intercambiables. Esta característica, en combinación con una forma de gavilanes que debilita el corte vertical de una herramienta, exige una atención específica a la fuerza anti vibración de estos cortadores verticales de carburo sólido.

Para mejorar la estabilidad de la vibración, los ingenieros de herramientas frecuentemente diseñan pasos angulares desiguales en un filo, así como gavilanes con ángulos de hélice variables. Esto rompe el principio de simetría axial y puede tener un resultado inverso. Por tanto, un diseño óptimo e inteligente para cortadores verticales de carburo sólido requiere creatividad de ingeniería y ceder un poco dónde resulte adecuado (Fig. 3).

Una herramienta cuidadosamente diseñada a prueba de vibraciones es la mitad de la batalla. Anteriormente mencionamos el portaherramientas sujeto a un husillo de alta velocidad. Entonces, ¿de qué sirve una herramienta ideal si un portaherramientas con mucha mayor masa no es adecuado para el Maquinado de Alta Velocidad?

En el HSM, las características dinámicas de la herramienta no se pueden separar de las del portaherramientas. Por ejemplo, la herramienta debe balancearse en conjunto con el portaherramientas; esta es la única forma de cumplir con los requerimientos de precisión, confiabilidad y seguridad.

Los sistemas CAD/CAM modernos garantizan que se puede estimar el comportamiento dinámico de diversos productos con base en modelos 3D. Hoy día, los fabricantes de herramientas serios típicamente proporcionan estos modelos para las herramientas de corte, portaherramientas y diversos accesorios. Nos enorgullece que ISCAR ha ampliado significativamente sus opciones de ensamblaje digital en el catálogo electrónico en los últimos años.
En resumen, el maquinado de alta velocidad ha generado la necesidad de requerimientos específicos de herramientas de corte y portaherramientas. Al satisfacer estas demandas, el Maquinado de Alta Velocidad se ha convertido en una operación de husillo de alta velocidad, altamente diseñada y confiable, con la máxima eficiencia.

[Fig. 1]    


[Fig. 2]    


[Fig. 3]